Принцип работы системы газораспределения двигателя внутреннего сгорания (ГРМ)

Система ГРМ служит для обеспечения своевременного открытия или закрытия клапанов головки блока цилиндров.

При открытии впускного клапана в камеру сгорания двигателя поступает топливно-воздушная смесь, которая воспламеняется при сжатии поршня. При открытии выпускного клапана из камеры сгорания выходят отработанные газы.

 

Вовремя открывать необходимые клапана и предназначен весь газораспределительный механизм. В механизм ГРМ можно отнести: распредвал, клапана (впускные, выпускные), приводной ремень или цепь, натяжители, направляюшие, успокоители, шестерни и т.д.

Распределительный вал (он же распредвал) представляет собой металлический вал с кулачками разной формы, который при вращение нажимает кулачками на клапана,  тем самым открывая или закрывая их.

Распредвал приводится в действие от вращения коленчатого вала (коленвала) посредством привода.

Распределительный вал вращается со скоростью в два раза меньшей, чем коленчатый вал.

 В современных двигателях используются ременные или цепные приводные механизмы. Все они обеспечивают передачу крутящего момента от коленвала к распределительному валу. Каждый из перечисленных приводов ГРМ имеют свои положительные и отрицательные качества.

Ременный привод менее долговечный, но более дешев в обслуживании и установки. В среднем срок службы оригинального ремня или качественного не оригинального ремня около 80 000 км. пробега. И как правило не возникает особых трудностей заменить “уставший” ремень на новый.

Цепной привод ГРМ гораздо долговечнее, в среднем срок службы цепи около 200 000 км. (у разных производителей данные рознятся, некоторые говорят от 300 тыс.км, а некоторые рекомендует менять уже на пробеге в 150 тыс.км). Не редки случаи, когда цепные системы газораспределения “переживают” другие детали двигателя, такие как поршня, вкладыши, гильзы. И при разборе “стукнувшего” мотора можно увидеть цепи и шестерни в отличном состоянии и при пробеге за 250 тыс. км. Но в связи с более высоким весом цепи по сравнению с ремнем, требуются дополнительные устройства натяжения (успокоительные, натяжители, балансиры, башмаки, направляющие и т.д.) и смазки. Как следствие замена цепи представляет собой достаточно дорогостоящее занятие

Как определить, что пора поменять привод ГРМ?

У ремня все просто! Желательно осматривать (при возможности) ремень  на наличие трещин в процессе эксплуатации и менять его согласно нормативным срокам замены! При замене ремня ГРМ желательно сразу поменять ролики и водяную помпу на новые.

В интернет-магазине запчастей на иномарки Arparts.ru вы найдете широкий ассортимент комплектов для замены ремней ГРМ с роликами и помпами!

С цепью все немного сложнее

Ремкомплекты цепей ГРМ представленные в интернет-магазине автозапчастей ARparts.ru

Клапаны двигателя: конструктивные особенности и назначение

Клапанный механизм – это основной исполнительный компонент ГРМ (газораспределительный механизм) современного двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Именно этот узел отвечает за безупречно точную работу мотора и обеспечивает в процессе работы:

• своевременную подачу подготовленной топливовоздушной смеси в камеры сгорания цилиндров;
• последующий отвод выхлопных газов.

Клапаны – ключевые детали механизма, которые должны гарантировать полную герметизацию камеры сгорания при воспламенении в ней топлива. Во время работы мотора они испытывают постоянно высокую нагрузку. Вот почему к процессу их изготовления, а также особенностям конструкции, регулировкам и непосредственно самой работе клапанов ДВС предъявляются жесткие требования.

Общее устройство

Для нормальной работы двигателя в конструкции газораспределительного механизма предусмотрена установка двух типов клапанов: впускных и выпускных. Первые отвечают за пропуск в камеру сгорания топливовоздушной смеси, вторые – за отвод отработанных газов.

Клапанная группа (одновременно является оконечным элементом системы ГРМ) включает в себя основные детали:

• стальная пружина;
• устройство (механизм) для крепления возвратного механизма;
• втулка, направляющая движение;
• посадочное седло.

Эксперты MotorPage.Ru обращают внимание автовладельцев на тот факт, что именно сопряжение «седло-клапан» при работе мотора подвергается самой высокой степени воздействия экстремальных температур и разнонаправленным (вверх, вниз, в стороны) механическим нагрузкам.

Кроме того, из-за скоростной работы образуется недостаточное количество смазки. В результате – интенсивный износ и необходимость проведения ремонта двигателя, замены и установки новых деталей ГРМ с последующей регулировкой зазоров.

К каждой паре и группе клапанов предъявляются следующие требования:

• минимально возможный вес;
• антикоррозийная устойчивость;
• безупречная теплоотдача клапана;
• устойчивость к высоким температурам;
• герметичность работы при контакте с седлом;
• повышенная механическая прочность и жесткость одновременно;
• отличный показатель стойкости к механическим и ударным нагрузкам;
• максимальный уровень обтекаемости при поступлении рабочей смеси в камеру сгорания и выпуске отработанных газов.

Конструктивные особенности

Главное предназначение клапана – своевременное открывание и закрывание технологических отверстий в блоке цилиндров для выпуска отработанных газов и впуска очередной порции топливовоздушной смеси.

В процессе работы двигателя основание выпускного клапана нагревается до высоких температур. У бензиновых моторов этот параметр достигает 800 — 900°С, у дизельных силовых агрегатов – 500 — 700°С. Впускные работают при температуре порядка 300°С.

Чтобы обеспечить необходимый уровень устойчивости к таким нагрузкам, для изготовления выпускных клапанов используют специальные жаропрочные сплавы и материалы, содержащие большое количество легирующих присадок.

Конструктивно деталь состоит из двух частей:

• головка, изготавливаемая из материала, устойчивого к экстремальным нагревам;
• стержень из высококачественной легированной углеродистой стали.

Для защиты от коррозии поверхность выпускных клапанов в местах контакта с цилиндром покрывается специальным сплавом толщиной 1,5 – 2,5 мм.

К впускным клапанам требования не столь жесткие, поскольку в процессе работы двигателя они охлаждаются свежей топливовоздушной смесью. Для изготовления стержней используются низколегированные марки сплавов с повышенными параметрами прочности, а тарелки делают из жаропрочных сталей.

Требования к изготовлению пружин и втулок

Пружины. В системе ГРМ эта деталь работает в условиях экстремально высоких температурных и механических нагрузок. Задача – обеспечить плотный и надежный контакт между клапаном и седлом в момент их стыковки.

Нередко в процессе работы пружины ломаются, испытывая повышенные нагрузки, зачастую это происходит по причине вхождения ее в резонанс. Как отмечают эксперты Моторпейдж, риск подобных неисправностей гораздо ниже при использовании пружин с переменным шагом витков. Также достаточно эффективны конические или двойные (усиленные) модели.

Пружины для клапанов изготавливают из специальной легированной стальной проволоки. Ее закаляют и подвергают отпуску (технологические операции, используемые в металлургическом производстве). Защиту от коррозии обеспечивает дополнительная обработка оксидом цинка или кадмия.

Втулки. Обеспечивают отвод излишков тепловой энергии от стержня клапана, а также его перемещение в заданной (возвратно-поступательной) плоскости. Эти направляющие элементы системы постоянно омываются раскаленными парами и отработанными выхлопными газами. Функционируют также в условиях экстремальных температур.

Потому к материалу изготовления втулок тоже предъявляются высокие требования – хорошая износоустойчивость, стойкость к максимально допустимым температурам и трению. Данным запросам соответствуют некоторые виды чугуна, алюминиевая бронза, высокопрочная керамика. Именно эти материалы и используются для производства втулок.

Клапан двигателя. Назначение, устройство, конструкция

Это деталь двигателя и одновременно крайнее звено газораспределительного механизма. Клапанная группа включает в себя: пружину, направляющую втулку, седло, механизм крепления пружины. Все эти детали работают в тяжёлых механических и тепловых условиях, испытывая колоссальные нагрузки.

Сопряжение седло-клапан, подвергается наибольшему воздействию высоких температур и ударных нагрузок. Кроме того, детали постоянно испытывают недостаток в смазке по причине высоких скоростей работы. Это вызывает их интенсивный износ.

Требования, предъявляемые к группе:

• Герметичность работы клапана в сопряжении с седлом;
• Высокий коэффициент обтекаемости, при входе и выходе рабочей смеси из камеры сгорания;
• Небольшой вес деталей группы;
• Детали должны быть высокопрочными и одновременно жёсткими;
• Стойкость к высоким температурам;
• Эффективная теплоотдача клапанов;
• Высокое сопротивление механическим и ударным нагрузкам;
• Противодействие коррозии.

Назначение и особенности устройства

Назначение клапана, открывать и закрывать отверстия в головке блока цилиндров для выпуска отработанных газов либо впуска новой рабочей смеси. К основным элементам детали относятся головка и стержень. Переход от стержня к головке служит для плавного отвода газов, чем он плавней, тем лучше будет наполнение, либо очистка камеры сгорания.

Отработанные газы, выходя из камеры сгорания, создают сильное избыточное давление, а чем меньше площадь тарелки клапана, тем меньшие нагрузки он испытывает, вот почему выпускной клапан двигателя делается меньшего диаметра, а требования к нему выше. Так, при работе, головка выпускного клапана нагревается до 800-900.°С на бензиновых двигателях и до 500-700°С на дизельных моторах, впускной, нагревается до 300°С.

Именно по этим причинам при изготовлении выпускных клапанов нужны сплавы и материалы, обладающие повышенной жаропрочностью и содержащие большое количество легирующих присадок. Клапана делают из 2-х частей: головку из жаростойкого материала, стержень из углеродистой стали. Для изготовления клапана ДВС эти заготовки сваривают и шлифуют.

Выпускные клапана, в месте контакта с цилиндром, покрывают твёрдым сплавом. Толщина сплава порядка 1,5-2,5 мм. Такое покрытие позволяет избежать коррозии.

По причине меньших нагрузок при изготовлении впускных клапанов используют хромистые или хромоникелевые стали со средним содержанием углерода. При вводе рабочей жидкости в камеру сгорания, топливо отводит часть температуры от клапана и его составляющих, из-за чего температурные перепады у него ниже.

На эффективность работы клапана большое влияние оказывает его форма. Чем более она обтекаемая, тем выше скорость входящего или выходящего заряда смеси. Чаще всего головку клапана делают плоской, для облегчения изготовления детали, удешевления её производства и сохранения жёсткости.

Однако, в двигателях, испытывающих повышенные нагрузки, например, форсированных, в связи со спецификой самого двигателя применяют впускные клапана с вогнутыми головками. Такое устройство уменьшает массу детали и инерционную силу, возникающую при работе.

Стыковка клапана с седлом осуществляется по тонкому ободку на поверхности головки цилиндров — фаске. Стандартный угол наклона фаски впускных клапанов составляет 45°, у выпускных 45° или 30°. При изготовлении головок цилиндра фаски шлифуют, а затем, при установке клапана, каждый притирают к седлу. Ширина ободка должна быть не менее 0,8мм.

Ободок не должен прерываться по всему периметру окружности тарелки клапана. Сочленение между клапаном и седлом нужно уплотнить наверняка, вот зачем угол фаски клапана, по наружной стороне фаски, делают меньше угла седла на 0,5-1°.

В некоторых двигателях, для большей сохранности изделия, применяют устройство принудительного вращения клапана. В процессе работы на фасках откладывается нагар, нарушается уплотнение, появляются механические повреждения, это резко снижает эффективность работы мотора. Проворачиваясь, клапан ДВС распределяет нагрузку равномерно по всей поверхности фаски и принудительно очищает ее.

После фаски головки, у клапана имеется специальный поясок, в виде цилиндра. Эта конструктивная особенность позволяет уберечь его от перегрева и обгорания, а так же делает головку более жёсткой. Кроме того, при притирке, диаметр клапана остаётся прежним.

Пружинное стопорное кольцо предотвращает падение клапана в камеру сгорания двигателя, в случае, если элементы крепления хвостовика поломаются.

При соприкосновении с кулачком распределительного вала, или коромыслом, торцы клапана подвергаются большим нагрузкам. Поэтому для предания им жёсткости и износостойкости, их закаливают, или надевают на них специальные колпачки из высокопрочных сплавов.

Впускные клапана снабжают специальными резиновыми маслосъёмными колпачками, для предотвращения попадания через зазор масла в камеру сгорания в период такта впуска.

Выпускные клапана, работая в экстремальных температурных режимах, могут заклинить в отверстии направляющей втулки. Что бы этого не произошло, их стержни делают меньшего диаметра вблизи головки, по сравнению с поверхностью на остальной длине.

Сухарики, удерживающие клапанные пружины, держатся за сам клапан при помощи крепления, обеспеченного выточками.

Диаметр стержня выпускных клапанов больше диаметра стержня впускных, головка клапана — меньше. Такой конструктивный приём позволяет отвести от клапана больше тепла и понизить его температуру. Однако этот приём увеличивает сопротивление потока газов, делая очистку камеры сгорания менее эффективной. При расчётах, этот параметр сложно узнать, поэтому им пренебрегают, считая давление при выпуске большим, чем давление при впуске, что компенсирует недостаток с лихвой.

Для увеличения эффекта охлаждения выпускного клапана внутри его делают пустотелым. Пустое пространство заполняют металлом с низкой температурой плавления, обычно жидким натрием. Нагреваясь от головки клапана, пары жидкого натрия поднимаются в верхнюю, боле холодную часть, забирая большую часть тепла с собой. Там они соприкасаются с менее нагретой частью стержня и отдают тепло ей.

Пружины клапана

Пружина работает в условиях больших нагрузок. Основная её задача заключается в создании надёжной и плотной стыковки клапана и седла. Испытывая нагрузки, пружина может сломаться, зачастую это происходит по причине вхождения её в резонанс. С целью предотвращения этого явления, витки пружины делают с переменным шагом.

Так же можно изготовить коническую или двойную пружину. Двойные пружины обладают дополнительным плюсом, так как наличие двух деталей повышает надёжность механизма и уменьшает общий размер пружин.

Дабы исключить возможность резонанса в двойной пружине, направление витков внутренней и внешней пружин делают разными. Так же это позволяет удержать обломки детали, в случае поломки пружины, осколки задержатся между витками.

Пружины для клапанов изготавливают из проволоки, материал которой — сталь. После придания формы, изделие закаляют и подвергают отпуску. Для повышения прочности, обдувают воздухом с добавлением абразивного материала.

Что бы избежать коррозии, пружины обрабатывают оксидом цинка или кадмия. Концы пружин шлифуют и придают им плоскую форму. Это делается для более эффективной фиксации торцов пружин со специальными неподвижными тарелками в блоке цилиндров. Тарелки изготавливают из стали с низким содержанием углерода, верхнюю тарелку фиксируют на клапане при помощи сухарика.

Втулки клапанов и их направляющие

Отвод тепла от стержня клапана и его перемещение в возвратно поступательной плоскости обеспечивают направляющие втулки. В процессе работы сами втулки подвергаются воздействию высоких температур, омываясь горячими отработанными газами. При возвратно поступательном движении клапана между ним и поверхностью втулки возникает трение. Если смазки поступает не достаточно, то трение идёт практически на сухую.

Именно по этой причине к материалу втулок применяют ряд требований, таких, как: стойкость к износу, высоким температурам, трению. Некоторые составы чугуна, алюминиевая бронза, керамика обладают всеми свойствами, необходимыми для создания детали, удовлетворяющей таким требованиям.

Для впускных клапанов, в связи с разницей в температуре нагрева, зазоры между направляющей втулкой и стержнем делаются меньше. Нижнюю часть втулки делают под конус для предотвращения заклинивания клапана.

Выточки под клапана (седла)

Долговечность и правильная работа двигателя внутреннего сгорания напрямую зависят от качества изготовления выточки под клапана. При неправильной стыковке клапана и седла не будет обеспечиваться должная герметичность камеры сгорания, и скорый выход мотора из строя неизбежен. Седла изготавливают непосредственно в головке цилиндра, в данном случае речь идёт о чугунных головках. Либо делают их вставными, из стали, например, в алюминиевых головках.

Вставные седла удерживаются в головке путём запрессовки, или развальцовки.

Количество клапанов в двигателе

Когда речь заходит о клапанах, многие задаются вопросом: «сколько клапанов в двигателе должно быть?» Однозначного ответа нет, определить чёткое количество можно только изучив конструктивные особенности мотора. Учитывая, что в четырёхтактной силовой установке клапан осуществляет такты впуска и выпуска, значит минимальное количество на один цилиндр — два, один впускной и один выпускной.

Современные силовые установки наиболее часто используют конструкцию с четырьмя клапанами (двух впускных и двух выпускных) на каждый цилиндр. При открытии клапана в образовавшееся отверстие происходит заброс топливной смеси, или выход отработанных газов. Чем больше отверстие, тем эффективней будет наполнение или очистка. Соответственно коэффициент полезного действия мотора так же увеличится.

Увеличить отверстие за счёт увеличения тарелки клапана нельзя, поскольку её размер ограничен размером камеры сгорания. Поэтому для улучшения качества смесеобразования устанавливают большее количество клапанов на один цилиндр.

Встречаются схемы, в которых применяются два, три, и даже пять клапанов на цилиндр. Учитывая, что процесс наполнения более важен для работы двигателя, количество впускных клапанов в нечётных схемах всегда больше.

Как работают клапаны двигателя

Клапан, который пропускает в цилиндр смесь воздуха и топлива, называется впускным. Клапан, через который отработанные газы покидают двигатель, называется выпускным. Для эффективной работы двигателя при любой скорости эти клапаны должны открываться в определенные моменты.

За этот процесс отвечают грушевидные детали (кулачки), которые крепятся к распределительному валу, вращающемуся под действием цепи, ремня или набора шестерен.

Распределительный вал может находиться в верхней части блока. В этом случае над каждым кулачком вала располагаются небольшие металлические цилиндры (толкатели). Когда конец толкателя упирается в коромысло, кулачок воздействует на ножку клапана, который удерживается в поднятом (закрытом) состоянии с помощью сильной пружины.

Двигатель с верхним расположением распределительного вала

В подобной конструкции вал, расположенный в верхней части двигателя, работает под управлением ремня с внутренними зубьями, и контуры кулачков напрямую взаимодействует с толкателями, расположенными над клапанами.

Когда толкатель давит на кулачок, он задействует коромысло, которое ослабляет пружину и открывает клапан. При дальнейшем вращении контура пружина возвращается в первоначальное положение, и клапан закрывается. Такая конструкция характерна для двигателя с верхним расположением клапанов в головке цилиндра.

В некоторых двигателях отсутствуют толкатели, и клапаны открываются и закрываются с помощью двойных или одинарных распределительных валов.

Такая конструкция носит название двигателя с одним распределительным валом и клапанами в головке. В ней меньше подвижных частей, поэтому она является более мощной и может работать на высоких скоростях. В любом случае, между деталями присутствует зазор, чтобы клапан мог свободно закрываться и открываться, когда те расширяются при нагревании.

Зазоры между ножкой клапана и коромыслом или кулачком необходимы для нормальной работы системы, а их отсутствие может вызвать серьезные повреждения составных частей.

При слишком большом зазоре клапаны будут открываться слишком рано, а закрываться слишком поздно, что снизит мощность двигателя и увеличит уровень производимого им шума.

При малом зазоре клапаны не будут нормально закрываться, что приведет к ослаблению компрессии.

В некоторых двигателях зазоры регулируются автоматически под давлением смазочной жидкости.

Распределительный вал с толкателями

При конструкции, согласно которой распределительный вал находится в блоке цилиндров, длинные штанги толкателей воздействуют на коромысла, открывающие клапаны. Двигатели с верхним расположением клапанов в головке цилиндра считаются менее эффективными, чем двигатели с одним распределительным валом и клапанами в головке, т.к. большое количество подвижных частей ограничивает скорость, при которой двигатель может безопасно работать.

В двигателе с верхним расположением распределительного вала и штангами коленчатый вал находится в головке цилиндров.

При вращении вала каждый клапан открывается с помощью толкателя, штанги и коромысла. Клапан удерживается в закрытом состоянии пружиной.

Количество зубьев на звездочке ведущей цепи в два раза превышает количество зубьев на шестерне распределительного вала, поэтому вал вращается в два раза медленнее, чем двигатель.

Двигатель с одним распределительным валом и клапанами в головке

В некоторых моделях кулачки напрямую воздействуют на короткие рычаги, именуемые пальцами.

Двигатель с одним распределительным валом и клапанами в головке содержит меньше деталей для управления клапанами. Кулачки напрямую взаимодействуют с толкателями или короткими рычагами (пальцами), которые, в свою очередь, открывают и закрывают клапаны.

Такая система обладает меньшим весом и технической сложностью, т.к. в ней отсутствуют штанги толкателей и коромысла.

Для управления распределительным валом с помощью звездочки на коленчатом вале часто используется длинная цепь, которая иногда провисает. Эта проблема решается добавлением промежуточных звездочек и нескольких коротких цепей с большим натяжением.

Кроме того, могут быть использованы нерастягиваемые резиновые маслоупорные ремни с зубьями, которые цепляются к звездочкам на распределительном и коленчатом валах.

Устройство, Принцип Работы и Назначении, Основные Неисправности, Способы Диагностики и Ремонта

Основой любых силовых агрегатов и главной составляющей двигателей внутреннего сгорания является сложный газораспределительный механизм (ГРМ). Назначение газораспределительного механизма состоит в управлении впускными и выпускными клапанами двигателя. На такте впуска он открывает впускной клапан, смесь, состоящая из воздуха и топлива или воздуха (для дизельных двигателей), попадает в камеру сгорания. На такте выпуска — открытием выпускного клапана из камеры сгорания ГРМ удаляет отработанные газы.

Устройство газораспределительного механизма

Газораспределительный механизм состоит из следующих элементов:

1. Распределительный вал — изготовляется из чугуна или стали — в задачу которого входит открывание/закрывание клапанов газораспределительного механизма при работе цилиндров. Он монтируется в картере, который перекрывает крышка газораспределительного механизма, или в головке блока цилиндра. При вращении вала на цилиндрических шейках происходит воздействие на клапан. На него воздействуют кулачки, расположенные на распределительном валу. На каждый клапан воздействует свой кулачек.
2. Толкатели, изготовленные также из чугуна или стали. В их задачу входит передача усилия от кулачков на клапаны.
3. Клапаны впускные и выпускные. В их задачу входит подача топливно-воздушное смеси в камеру сгорания и удаления отработочных газов. Клапан представляет из себя стержень с плоской головкой. Основным отличием впускных и выпускных клапанов является диаметр головки. Впускной состоит из стали с хромированным покрытием, а выпускной — из жаропрочной стали. Клапанный стержень изготавливается в виде цилиндра с канавкой, необходимой для фиксирования пружины. Клапана двигаются только по направлению ко втулкам. Чтоб масло не попадало в камеру сгорания цилиндра, производят установку уплотнительного колпачка. Его изготавливают из маслостойкой резины. На каждый клапан крепятся внутренняя и наружная пружина, для крепления используют шайбы, тарелки.
4. Штанги. Они необходимы для передачи усилия от толкателей к коромыслу.
5. Привод газораспределительного механизма. Он передает вращение коленвала на распредвал и тем самым приводит его в движения, причем движется он со скоростью в 2 раза меньше, чем скорость коленвала. На 2 вращения коленвала распредвал делает 1 вращение — это и называется рабочим циклом, при котором происходит 1 открытие клапанов.

Схема устройства ГРМ

Таково устройство ГРМ и общая схема газораспределительного механизма. Теперь следует разобраться, каков принцип работы газораспределительного механизма.

Работа газораспределительного механизма

Работа системы газораспределения поделена на четыре фазы:

1. Впрыск топлива в камеру сгорания цилиндра.
2. Сжатие.
3. Рабочий ход.
4. Удаления газов из камеры сгорания цилиндра.

Рассмотрим подробнее принцип действия газораспределительного механизма.

1. Подача топлива в камеру сгорания цилиндра происходит за счет движения коленвала, который передает свое усилие на поршень и он начинает движения из так называемой ВМТ (это точка, выше которой поршень не поднимается) в НМТ (это точка, соответственно, ниже которой поршень не опускается). При этом движении поршня одновременно открывается впускной клапан и топливно-воздушная смесь заполняет камеру сгорания цилиндра. Впрыснув положенное количество топливно-воздушной смеси клапан закрывается. При этом коленвал поворачивается на 180 градусов от своего начального положения.
2. Сжатие. Дойдя до НМТ поршень продолжает свое движение. Меняя свое направление в ВМТ, в этот момент в цилиндре и происходит сжатие топливно-воздушной смеси. При подходе поршня к высшей точке фаза сжатия заканчивается. Коленчатый вал продолжает свое движения и поворачивается на 360 градусов. И на этом фаза сжатия закончена.
3. Рабочий ход. Воздушно-топливная смесь воспламеняется свечей зажигания, когда поршень находится в высшей точке цилиндра. При этом достигается максимальный момент сжатия. Затем поршень начинает двигаться к нижней точке цилиндра, так как на поршень оказывают огромное давление газы, образовавшиеся при горении воздушно-топливной смеси. Это движение и есть рабочий ход. При опускании поршня до НМТ фаза рабочего хода считается завершенной.
4. Удаления газов из камеры сгорания цилиндра. Поршень движется к высшей точке цилиндра, все это происходит при усилии, которое оказывает коленчатый вал газораспределительного механизма двигателя. При этом открывается выпускной клапан и поршень начинает избавлять камеру сгорания цилиндра от газов, которые образовались после сгорания топливно-воздушной смеси в камере сгорания цилиндра. После достижения высшей точки и освобождения ее от газов. Поршень начинает свое движение в низ. Когда поршень доходит да НМТ, то рабочая фаза удаления газов из камеры сгорания цилиндра считается законченной, а коленчатый вал совершает оборот на 720 градусов от своего начального положения.

Для точной работы клапанов газораспределительной системы происходит синхронизация с работой коленчатого вала двигателя.

Неисправности ГРМ

Основные неисправности газораспределительного механизма:

• Уменьшение компрессии и хлопки в трубопроводах. Как правило, происходит после появления нагара, раковин на поверхности клапана, их прогорания, причиной чего является не плотное прилегания впускных и выпускных клапанов к седлам. Также оказывают влияние такие факторы, как деформации ГБЦ, поломка или износ пружин, заедание клапанного стержня во втулке, полное отсутствие промежутка между коромыслом и клапанами.
• Уменьшение мощности, троение мотора, а также металлические стуки. Появляются эти признаки, потому что впускные и выпускные клапана не полностью открываются, и часть воздушно-топливной смеси не попадает в камеру сгорания цилиндра. Следствием этого является большой тепловой зазор или поломка гидрокомпенсатора, что и становится причиной неполадки и не штатной работы клапанов.
• Механический износ деталей, таких как: направляющих втулок коленвала, шестерни распредвала, а также смещение распредвала. Механический износ деталей, как правило, происходи при достаточном сроке работы мотора и работы двигателя в критических пределах.
• Так же происходит выход из строя двигателя по причине износа зубчатого ремня, который имеет свой гарантийный срок службы, цепи, которая при длительном сроке работы и постоянном на нее воздействии становится менее работоспособной, успокоителя цепи и натяжителя зубчатого ремня.

В данных случаях не редко заменяют газораспределительный механизм, однако возможен и ремонт поврежденной детали газораспределительного механизма.

Диагностика ГРМ

Газораспределительный механизм имеет 2 свойственные неполадки — неплотное примыкание клапанов к гнездам и невозможность полностью открыть клапаны.

Неплотное примыкание клапанов к гнездам обнаруживается по таким показателям: хлопки, возникающие иногда во впускной либо выпускной трубе, уменьшение мощности мотора. Факторами неплотного закрытия клапанов могут быть:

• возникновение нагара на поверхности клапанов и гнезд;
• формирование раковин на рабочих фасках и искривление головки клапана;
• неисправность пружин клапанов.

Неполное открытие клапанов сопровождается стуком в троящем моторе и уменьшением его мощности. Данная поломка возникает в следствии значительного промежутка меж стержнем клапана и носком коромысла. К характерным поломкам для ГРМ нужно причислить кроме того изнашивание шестерен распредвала, толкателей, направляющих клапана, смещение распредвала и изнашивание втулок и осей коромысел.

Практика демонстрирует, что на газораспределительный механизм приходится примерно четвертая часть всех отказов мотора, а уже на предотвращение этих отказов и восстановление ГРМ уходит 50% трудоёмкости обслуживания и ремонтных работ. Для диагностирования поломок применяют следующие параметры:

1. определяют фазы газораспределительного механизма автомобиля;
2. измеряют тепловой зазор между клапаном и коромыслом;
3. измеряют промежуток между клапаном и седлом.

Измерение фаз газораспределения

Подобное диагностирование ГРМ двигателя выполняется на заглушенном моторе с помощью особого набора устройств, среди которых имеются указатель, моментоскоп, малка-угломер и прочие дополнительные приборы. Для того, чтобы фиксировать период раскрытия впускного клапана на 1-ом цилиндре, необходимо покачивать вокруг своей оси коромысло, а далее направить коленвал мотора до момента появления зазора меж клапаном и коромыслом. Малка-угломер для замера разыскиваемого зазора ставится прямо на шкив коленвала.

Измерение теплового промежутка между клапаном и коромыслом

Тепловой зазор измеряют при помощи набора щупов либо иного особого устройства. Это набор из металлических пластинок длиной в 100мм, толщина которых обязана быть не больше 0,5мм. Коленвал мотора поворачивают вплоть до верхней предельной точки, в период такта сжатия подобранного для контроля цилиндра. Непосредственно благодаря щупам разной толщины, поочередно вставляемым в сформировавшееся отверстие, и измеряется зазор.

Данный метод не может дать результата при диагностировании ГРМ, когда неравномерен износ торца штока и бойка коромысла, а трудоемкость этого метода весьма значительная. Увеличить точность замеров позволяет особое устройство, которое состоит из корпуса и индикатора по типу часов. Подпружиненная подвижная рама содержит персональное соединение с ножкой этого индикатора. Раму фиксируют между коромыслом и клапанной пружиной. Когда открывается клапан, в период поворота коленвала, на индикаторе ставят 0. Распознает тепловой зазор последующее показание прибора, снимаемое в период поворота коленвала.

Определение промежутка между клапаном и седлом

Его можно оценить по объему воздуха, который будет выходить через уплотнитель перекрытых клапанов. Эта процедура прекрасно объединяется с чисткой форсунок. Когда они уже сняты, убирают валики коромысел и прикрывают все клапаны. Затем в камеру сгорания под большим давлением происходит подача сжатого воздуха. Поочередно на любом из контролируемых клапанов ставят устройство, которое позволяет измерить расход воздуха. Если потеря воздуха превысит разрешенную, выполняется ремонт газораспределительного механизма.

Процесс ремонта ГРМ

Частенько необходимо производить техническое обслуживание газораспределительного механизма. Основной проблемой являются износ шеек, кулачков вала и увеличение зазоров в подшипниках. Для того, чтобы устранить зазор в подшипниках коленчатого вала, производят его ремонт путем шлифовки опорных шеек и углубления канавок для подачи масла. Шейки нужно отшлифовать под ремонтный размер. После завершения ремонтных работ по восстановлению коленвала, нужно произвести проверку высоты кулачков.

На опорных поверхностях под шейки коленвала не должно быть никаких даже самых незначительных повреждений, а корпуса подшипников обязаны быть без трещин. После чистки и промывки распредвала обязательно нужно проверить зазор между его шейками и отверстием опоры головки цилиндра.

Для определения точного зазора требуется знать диаметр шейки распредвала, это позволит произвести установку соответствующего ей подшипника. Установив его на корпус, замерьте внутренний диаметр подшипника, затем отнимите его от диаметра шейки и таким образом найдете величину зазора. Он не может превышать 0,2мм.

Цепь не должна иметь никаких механических повреждений, быть растянутой более чем на 4мм. Цепь газораспределительного механизма можно регулировать: отверните стопорный болт на пол оборота, поверните коленвал на 2 оборота, затем стопорный болт нужно повернуть до упора.

Если у вас возникли вопросы — оставляйте их в комментариях под статьей. Мы или наши посетители с радостью ответим на них

Принцип работы газораспределительного механизма

Принцип работы газораспределительного механизма

Мы думаем, что каждый автомобилист знает о том, что каждый двигатель внутреннего сгорания работают по одному принципу. В камерах сгорания происходит процесс сжигания газовой смеси, которая состоит из пара горючего и воздуха.

Для того, что бы подача газовой смеси в камеру сгорания и процесс отведения продуктов сгорания данной смеси осуществлялся правильно, применяют определенный механизм, он называется газораспределительный механизм или же ГРМ ауди, это может быть и ГРМ Фольксваген пассат или ГРМ для любого другого автомобиля. Задача каждого ГРМ состоит в управлении клапанами подачи для топливной смеси в рабочие цилиндры двигателей. А клапаны выпуска выводят продукты сгорания из него. Можно сказать, что это устройство практически несет ответственность за согласованную, синхронную работу выпускных и впускных клапанов, или же просто управляет этой работой. Газораспределительный механизм имеет несколько важных узлов: это управляющие кулачки, ауди ремень грм, распределительный вал, целая система клапанов, состоящих из возвратных пружин.

Давайте же рассмотрим, в чем состоит принцип работы газораспределительного механизм, это и гидрокомпенсатор Фольксваген, а так же для других марок, и катализатор ауди, и распредвал ауди. Когда вал совершает вращательные движения, то кулачки нажимают на клапаны, тем самым открывая их в подходящий момент, что просто необходимо для впрыскивания топлива, или же выхлопа продуктов сгорания. Затем, кулачек проворачивается, вызывая снятия давления с клапана, возвратная пружина устанавливает его на нулевую позицию, когда кулачек отходит на место и закрывается. Комплект ГРМ помпа audi просто необходим владельцам машины этой марки.

Очевидно, что все действия клапанов по закрытию или же открытию должны быть синхронизированы. Именно это и обеспечивает не только максимальную мощность двигателя, аи защищает от удара поршня по открытому клапану. Такой удар приводить зачастую к значительным поломкам двигателя. Это говорит о том, что если изношена любая, пусть самая мелкая деталь ГРМ, например для ауди а4 грм, поврежден ремень грм ауди а4, или же touareg цепь грм больше не выполняет своих функций, то вам просто придется покупать запчасти на ауди а4для капитального ремонта всего двигателя.

Распределительный вал вращается путем передачи вращения непосредственно от коленчатого вала, используя ременчатую либо же цепную передачу. Вид передачи определяется моделью автомобиля, заметим, что цепная передача считается более надежной, а в современных машинах все чаще используют ременные передачи.

Для передачи вращения используют зубчатые ремни, такие как ремень грм ауди а4,или же ремень грм ауди а6, или же ремень грм фольксваген пассат, фольксваген гольф ремень грм. Частота вращения распредвала и вала коленчатого достаточно высока. Зубчатые ремни исключают вероятность проскальзывания, которая может вызвать закрытие клапана в ненужный момент и его выходу из строя от удара поршня.

Газораспределительная звездочка жестко закреплена в передней части коленвала, она осуществляет вращение вместе с валом. Через звездочку и цепь передается вращение на распределительный вал. Здесь имеются выступы особого вида профиля, еще называют кулачками. Второе название распределительного вала – кулачковый вал.

Вращаясь вал кулачка, движется по окружности, он надавливает на часть клапана сверху, преодолевает сопротивление пружины, а затем уже и открывает сам клапан. Когда кулачок совершает дальнейший поворот, пружина разжимается и закрывает клапан. Этот механизм ГРМ еще называют верхнеклапанным, он с цепным приводом и расположением распредвала сверху. Это говорит о том, что газораспределительный вал начинает вращение с цепью, находясь в верхней части двигателя, или же ГРМ приводит во вращение цепь в верхней части двигателя. Вот откуда и повелось название ГРМ с верхним расположением распредвала.

Это вся информация о принципе работы ГРМ, естественно, что мы не успели бы описать всех деталей для нормального функционирования этого механизма. Например, об устройстве регулировки тепловых зазоров, устройстве натяжения цепи привода механизма, устройстве смазки всех элементов, мы описали лишь самые основополагающие моменты работы ГРМ.

Устройство и принцип работы распредвала

Устройство и принцип работы распредвала

Двигатель автомобиля представляет собой сложнейший механизм, одним из важнейших элементов которого является распределительный вал, входящий в состав ГРМ. От точной и бесперебойной работы распределительного вала во многом зависит нормальная работа двигателя.

Одну из самых важных функций в работе двигателя автомобиля выполняет распределительный вал, который является составной частью газораспределительного механизма (ГРМ). Распредвал обеспечивает впуск-выпуск тактов работы двигателя.

В зависимости от того, каково устройство двигателя, газораспределительный механизм может иметь нижнее или верхнее расположение клапанов. На сегодняшний день чаще встречаются ГРМ с верхним расположением клапанов. Такая конструкция позволяет ускорить и облегчить процесс обслуживания, включающий регулировку и ремонт распределительного вала, для которого потребуются запчасти на распредвал.

Устройство распределительного вала

С конструктивной точки зрения распределительный вал двигателя связан с коленвалом, что обеспечивается благодаря наличию цепи и ремня. Цепь или ремень распределительного вала надеваются на звездочку коленчатого вала или на шкив распредвала. Такой шкив распредвала, как разрезная шестерня, считается наиболее практичным и эффективным вариантом, поэтому достаточно часто используется для тюнинга двигателей с целью увеличения их мощности.

Подшипники, внутри которых происходит вращение опорных шеек распредвала, располагаются на головке блока цилиндров. Если крепления шеек выходят из строя, для их ремонта используют ремонтные вкладыши распределительного вала.

Для того чтобы избежать осевого люфта, в конструкцию распределительного вала входят специальные фиксаторы. Непосредственно по оси вала проходит сквозное отверстие, предназначенное для смазки трущихся деталей. Это отверстие закрывается сзади при помощи специальной заглушки распределительного вала.

Важнейшей составной частью распредвала являются кулачки, количество которых указывает на количество впускных-выпускных клапанов. Кулачки отвечают за выполнение основной функции распределительного вала — регулирование фаз газораспределения двигателя и регулирование порядка работы цилиндров.

Каждый клапан оснащен кулачком. Кулачок набегает на толкатель, способствуя открыванию клапана. После того, как кулачок сходит с толкателя, мощная возвратная пружина обеспечивает закрывание клапана.

Кулачки распределительного вала находятся между опорными шейками. Газораспределительную фазу распредвала, зависящую от числа оборотов двигателя и от конструкции впускных-выпускных клапанов, определяют опытным путем. Подобные данные для конкретной модели двигателя можно найти в специальных таблицах и диаграммах, которые специально составляет производитель.

Как работает распределительный вал?

Конструктивно распредвал располагается в развале блока цилиндров. Зубчатая или цепная передача коленвала приводит в действие распредвал. Когда распределительный вал вращается, кулачки оказывают воздействие на работу клапанов. Данный процесс будет происходить правильно только в случае строгого соответствия с порядком работы цилиндров двигателя и с фазами газораспределения.

Для того чтобы были установлены соответствующие фазы газораспределения, на приводной шкив или на распределительные шестерни наносятся специальные установочные метки. Кроме этого, необходимо, чтобы кулачки распределительного вала и кривошипы коленчатого вала находились в строго определенном положении по отношению друг к другу.

Когда установка производится по меткам, удается достичь соблюдения правильной последовательности тактов — порядка работы цилиндров двигателя, который, в свою очередь, зависит от расположения самих цилиндров, а также от особенности конструкции коленчатого и распределительного валов.

Рабочий цикл двигателя

Рабочим циклом двигателя называется период, за время которого впускной и выпускной клапаны открываются по одному разу. Как правило, период проходит за два оборота коленвала. За это время распределительный вал, шестерня которого имеет в два раза больше зубьев, чем шестерня коленчатого вала, делает один оборот.

Количество распределительных валов в двигателе

На количество распредвалов непосредственно влияет конфигурация двигателя. Двигатели, которые отличаются рядной конфигурацией, а также имеют одну пару клапанов на цилиндр, оснащаются одним распределительным валом. Если для каждого цилиндра предусмотрено по четыре клапана, двигатель оборудуется двумя распредвалами.

Двигатели оппозитные и V-образные отличаются наличием одного распредвала в развале либо имеют два распределительных вала, каждый из которых находится в головке блока. Бывают и исключения из общепринятых правил, связанные в первую очередь с конструктивными особенностями двигателя.

Другие статьи

#Палец штанги реактивной

Палец штанги реактивной: прочная основа шарниров штанг

23.06.2021 | Статьи о запасных частях

В подвесках грузовых автомобилей, автобусов и другой техники предусмотрены элементы, компенсирующие реактивный момент — реактивные штанги. Соединение штанг с балками мостов и рамой осуществляется с помощью пальцев — об этих деталях, их типах и конструкции, а также о замене пальцев читайте в статье.

#Клапан МАЗ включения привода сцепления

Клапан МАЗ включения привода сцепления

16.06.2021 | Статьи о запасных частях

Многие модели автомобилей МАЗ оснащаются приводом выключения сцепления с пневматическим усилителем, важную роль в работе которого играет клапан включения привода. Все о клапанах включения привода сцепления МАЗ, их типах и конструкции, а также о подборе, замене и ТО данной детали — узнайте из статьи.

Все о клапанах двигателя

Изображение предоставлено: Максим Вивцарук / Shutterstock.com

Клапаны двигателя — это механические компоненты, используемые в двигателях внутреннего сгорания, чтобы разрешать или ограничивать поток жидкости или газа в камеры сгорания или цилиндры и из них во время работы двигателя. Функционально они работают аналогично многим другим типам клапанов в том, что они блокируют или пропускают поток, однако они представляют собой чисто механическое устройство, которое взаимодействует с другими компонентами двигателя, такими как коромысла, для открытия и закрытия в правильной последовательности и с правильный выбор времени.

Термин «клапан двигателя» может также относиться к типу обратного клапана, который используется для впрыска воздуха в составе систем контроля выбросов и рециркуляции выхлопных газов в транспортных средствах. Этот тип клапана двигателя не рассматривается в этой статье.

Клапаны двигателей являются общими для многих типов двигателей внутреннего сгорания, независимо от того, работают ли они на таком топливе, как бензин, дизельное топливо, керосин, природный газ (СПГ) или пропан (LP). Типы двигателей различаются количеством цилиндров, которые представляют собой камеры сгорания, вырабатывающие энергию от воспламенения топлива.Они также различаются типом работы (2-тактный или 4-тактный) и конструктивным размещением клапанов внутри двигателя [верхний клапан (OHV), верхний кулачок (OHC) или клапан в блоке (VIB)]. .

В этой статье кратко описывается работа клапанов двигателя в типичных двигателях внутреннего сгорания, а также представлена ​​информация о типах клапанов, их конструкции и материалах. Дополнительную информацию о других типах клапанов можно найти в нашем соответствующем руководстве «Общие сведения о клапанах».

Номенклатура клапанов двигателя

Большинство клапанов двигателя сконструированы как клапаны тарельчатого типа из-за их толкающего движения вверх и вниз и имеют головку клапана с коническим профилем, которая прилегает к механически обработанному седлу клапана, чтобы перекрыть проход жидкостей или газов. Их также называют грибовидными клапанами из-за характерной формы головки клапана. На рисунке 1 показана номенклатура различных элементов типичного клапана двигателя.

Рисунок 1 — Номенклатура стандартного тарельчатого клапана двигателя.

Изображение предоставлено: https://dieselnet.com

Двумя основными элементами являются шток клапана и головка клапана. Головка содержит галтель, ведущий к поверхности седла, которая обрабатывается под определенным углом, чтобы соответствовать механической обработке седла клапана, с которым она будет соответствовать. Посадка поверхности клапана на седло клапана — это то, что обеспечивает уплотнение клапана против давления сгорания.

Шток клапана соединяет клапан с механическими элементами в двигателе, которые приводят в действие клапан, создавая силу для перемещения штока против давления в седле, создаваемого пружиной клапана.Стопорная канавка используется для удержания пружины в нужном положении, а кончик штока клапана многократно контактирует с коромыслом, толкателем или толкателем, приводящим в действие клапан.

Работа двигателя

В четырехтактных или четырехтактных двигателях внутреннего сгорания используются два основных типа клапанов — впускной и выпускной. Впускные клапаны открываются, чтобы позволить потоку топливовоздушной смеси в цилиндры двигателя перед сжатием и воспламенением, в то время как выпускные клапаны открываются, чтобы обеспечить удаление выхлопных газов из процесса сгорания после воспламенения.

При нормальной работе коленчатый вал двигателя, к которому прикреплены поршни, связан с распределительным валом как часть механизма клапана для двигателя. Движение коленчатого вала передает движение распределительному валу через цепь привода ГРМ, ремень привода ГРМ или другой зубчатый механизм. Синхронизация и совмещение между положением коленчатого вала (которое определяет положение поршня в цилиндре) и положением распределительного вала (которое определяет положение клапанов для цилиндра) имеют решающее значение не только для максимальной производительности двигателя, но и для предотвращения столкновения поршней и клапанов в двигателях с высокой степенью сжатия.

В цикле впуска поршень впускного цилиндра опускается вниз при открытии впускного клапана. Движение поршня создает отрицательное давление, которое помогает втягивать топливно-воздушную смесь в цилиндр. Сразу после того, как поршень достигает самого нижнего положения в цилиндре (известного как нижняя мертвая точка), впускной клапан закрывается. В цикле сжатия впускной клапан закрывается, чтобы изолировать цилиндр, когда поршень поднимается в цилиндре в наивысшее положение (известное как верхняя мертвая точка), что сжимает топливно-воздушную смесь до небольшого объема.Это действие сжатия служит для обеспечения более высокого давления на поршень при воспламенении топлива, а также для предварительного нагрева смеси, чтобы способствовать эффективному сгоранию топлива. В энергетическом цикле воздушно-топливная смесь воспламеняется, что создает взрыв, который заставляет поршень вернуться в самое нижнее положение и передает химическую энергию, высвобождаемую при сжигании топливно-воздушной смеси, во вращательное движение коленчатого вала. В цикле выпуска поршень снова поднимается вверх в цилиндре, при этом впускной клапан остается закрытым, а выпускной клапан теперь открыт.Давление, создаваемое поршнем, помогает вытеснять выхлопные газы из цилиндра через выпускной клапан в выпускной коллектор. К выпускному коллектору подсоединены выхлопная система, набор труб, который включает глушитель для снижения акустического шума и систему каталитического нейтрализатора для управления выбросами при сгорании двигателя. Как только поршень достигает верха цилиндра в цикле выпуска, выпускной клапан начинает закрываться, а впускной клапан начинает открываться, начиная процесс снова.Обратите внимание, что давление в цилиндре на впуске помогает держать впускной клапан открытым, а высокое давление в цикле сжатия помогает удерживать оба клапана закрытыми.

В двигателях с несколькими цилиндрами одни и те же четыре цикла повторяются в каждом из цилиндров, но в определенной последовательности, чтобы двигатель демонстрировал плавную мощность и сводил к минимуму шум и вибрацию. Последовательность движения поршня, клапана и зажигания достигается за счет точной механической конструкции и электрического хронирования сигналов зажигания к свечам зажигания, которые воспламеняют топливно-воздушную смесь.

Движение клапана двигателя

Движение клапанов двигателя приводится в действие распределительным валом двигателя, который содержит ряд кулачков или кулачков, которые служат для создания линейного движения клапана за счет вращения распределительного вала. Количество кулачков на распределительном валу равно количеству клапанов в двигателе. Когда распределительный вал находится в головке блока цилиндров, двигатель называется конструкцией с верхним распредвалом (OHC); когда распределительный вал находится в блоке цилиндров, двигатель называется конструкцией с верхним расположением клапана (OHV).Независимо от конструкции двигателя, основное движение клапанов двигателя происходит за счет движения кулачка против подъемника или толкателя, который создает силу, которая давит на шток клапана и сжимает пружину клапана, тем самым снимая натяжение пружины, которое удерживает клапан в закрытое положение. Это движение штока клапана поднимает клапан над седлом в головке цилиндра и открывает клапан. Как только распределительный вал поворачивается дальше и кулачок перемещается так, что эксцентриковая часть больше не находится в непосредственном контакте с толкателем или толкателем, давление пружины закрывает клапан, поскольку шток клапана перемещается по центральной части кулачка.

Поддержание надлежащего зазора клапана между штоком клапана и коромыслом или кулачком чрезвычайно важно для правильной работы клапанов. Необходим некоторый минимальный зазор для расширения металлических деталей при повышении температуры двигателя во время работы. Конкретные значения зазора варьируются от двигателя к двигателю, и несоблюдение надлежащего зазора может иметь серьезные последствия для работы и производительности двигателя. Если зазор клапанов слишком велик, то клапаны откроются позже, чем оптимально, и закроются раньше, что может снизить производительность двигателя и увеличить шум двигателя.Если зазор клапана слишком мал, клапаны не закроются полностью, что может привести к потере сжатия. Гидравлические подъемники клапана являются самокомпенсирующимися и могут устранить необходимость в регулировке зазора клапана.

Современные двигатели внутреннего сгорания могут использовать различное количество клапанов на цилиндр в зависимости от конструкции и области применения. Меньшие двигатели, такие как те, которые используются в газонокосилках, могут иметь только один впускной клапан и один выпускной клапан. В двигателях более крупных транспортных средств, таких как 4-, 6- или 8-цилиндровые двигатели, может использоваться четыре клапана на цилиндр, а иногда и пять.

Материалы клапанов двигателя

Клапаны двигателя являются одним из компонентов двигателей внутреннего сгорания, которые подвергаются высоким нагрузкам. Потребность в надежной работе двигателя диктует, что клапаны двигателя должны быть способны проявлять устойчивость к многократному и непрерывному воздействию высокой температуры, высокого давления из камеры сгорания, а также механических нагрузок и напряжений, обусловленных динамикой двигателя.

Впускные клапаны двигателей внутреннего сгорания подвергаются меньшим тепловым нагрузкам из-за охлаждающего воздействия поступающей воздушно-топливной смеси, которая проходит через клапан во время впускного цикла.Выхлопные клапаны, напротив, подвергаются более высоким уровням термической нагрузки, поскольку находятся на пути выхлопных газов во время выхлопного цикла двигателя. Кроме того, тот факт, что выпускной клапан открыт во время цикла выпуска и не контактирует с головкой блока цилиндров, означает, что меньшая тепловая масса поверхности сгорания, а головка клапана имеет больший потенциал для быстрого изменения температуры.

Впускные клапаны из-за более низких рабочих температур обычно изготавливаются из таких материалов, как хром, никель или вольфрамовая сталь.В выпускных клапанах с более высокими температурами могут использоваться более жаропрочные металлы, такие как нихром, кремний-хром или кобальт-хромовые сплавы.

Поверхности клапана, которые подвергаются более высоким температурам, иногда становятся более долговечными за счет приваривания к поверхности клапана стеллита, который представляет собой сплав кобальта и хрома.

Другие типы материалов, используемых для изготовления клапанов двигателя, включают нержавеющую сталь, титан и сплавы трибалой.

Кроме того, для улучшения механических свойств и характеристик износа клапанов двигателя могут применяться покрытия и обработка поверхности.Примеры этого включают хромирование, фосфатирование, нитридное покрытие и завихрение.

Типы клапанов двигателя

Помимо характеристики клапанов двигателя по функциям (впускной и выпускной), существует несколько конкретных типов клапанов двигателя, которые существуют в зависимости от конструкции и материалов. К основным типам клапанов двигателя относятся:

• Монометаллические клапаны двигателя
• Биметаллические клапаны двигателя
• Полые клапаны двигателя

Монометаллические клапаны двигателя, как следует из их названия, изготавливаются из единого материала, который образует как шток клапана, так и головку клапана.Эти типы клапанов двигателя обладают как высокой термостойкостью, так и хорошими антифрикционными свойствами.

Биметаллические клапаны двигателя, также известные как биметаллические клапаны двигателя, изготавливаются путем соединения двух разных материалов вместе с использованием процесса сварки трением для создания клапана с аустенитной сталью на головке клапана и мартенситной сталью для штока клапана. Свойства каждой из этих сталей служат оптимальному назначению: аустенитная сталь на головке клапана обеспечивает жаропрочность и коррозионную стойкость, а мартенситная сталь для штока клапана обеспечивает высокую прочность на растяжение и стойкость к абразивному износу.

Полые клапаны двигателя — это специальный биметаллический клапан, который содержит полую полость, заполненную натрием. Натрий сжижается при повышении температуры клапана и циркулирует за счет движения клапана, что помогает рассеивать тепло от более горячей головки клапана. Полая конструкция обеспечивает лучшую теплопередачу через шток, чем у сплошных клапанов, поскольку мартенситный материал штока является лучшим проводником тепла, чем аустенитный материал головки. Полые клапаны особенно подходят для использования в современных двигателях, которые обеспечивают большую мощность за счет более компактных и плотных двигателей, которые имеют более высокие температуры выхлопных газов, с которыми твердые клапаны не справляются.Эти более высокие температуры выхлопных газов являются результатом нескольких условий, в том числе:

• Стремление к процессу сжигания обедненной смеси, который сокращает выбросы парниковых газов
• Конструкции двигателя с более высокой степенью сжатия и более высоким давлением сгорания, которые обеспечивают более высокий КПД
• Интегрированные конструкции коллектора, поддерживающие турбокомпрессоры для повышения производительности двигателей меньших размеров

Есть несколько других типов конструкций клапанов двигателя.Так называемые золотниковые клапаны состоят из трубки или втулки, которая находится между стенкой цилиндра и поршнем и которая скользит или вращается с приводом от распределительного вала, как и другие клапаны двигателя. Перемещение золотникового клапана приводит к тому, что отверстия, прорезанные во втулке, выравниваются с соответствующими отверстиями в стенке цилиндра в различных точках цикла двигателя, таким образом, функционируя как простой впускной и выпускной клапан двигателя без сложностей, связанных с коромыслами и подъемниками.

Характеристики клапана двигателя

Типовые клапаны двигателя соответствуют параметрам, указанным ниже.Обратите внимание, что эти данные предназначены для информационных целей, и имейте в виду, что параметры, используемые для определения клапанов двигателя, могут варьироваться от производителя к производителю. Понимая спецификации, покупатели получают больше возможностей для обсуждения своих конкретных потребностей с поставщиками клапанов двигателя.

• Диаметр стержня — диаметр стержня клапана двигателя
• Длина штока — расстояние от наконечника штока до головки клапана
• Угол седла — угол среза седла головки клапана, измеренный в угловых градусах, типичные значения находятся в диапазоне 20 ^o — 60 ^o
• Материалы клапана — описывает материал или материалы, используемые для изготовления клапана
• Покрытия — обозначает любые покрытия или обработки поверхности, нанесенные на основной материал клапана, такие как хромирование, нитрид, PVD или керамика, например

Сводка

В этой статье представлен краткий обзор клапанов двигателя, включая их сущность, ключевую номенклатуру, принцип их работы, работу клапана, материалы, типы и характеристики.Для получения информации по другим темам обратитесь к нашим дополнительным руководствам или посетите платформу Thomas Supplier Discovery Platform, где вы можете найти потенциальные источники поставок для более чем 70 000 различных категорий продуктов и услуг.

Источники:

1. https://www.theengineerspost.com/engine-valves-types/
2. https://www.aopa.org/training-and-safety/air-safety-institute/valve-safety
3. https://www.howacarworks.com/basics/the-engine-how-the-valves-open-and-close
4. http: // ground-mag.com
5. https://dieselnet.com
6. http://www.federalmogul.com/en-US/OE/Products/Pages/Product-Details.aspx?CategoryId=48&SubCategoryId=191&ProductId=840
7. http://www.ijmerr.com/uploadfile/2015/0409/2015040

   51873.pdf

8. https://www.eaton.com/us/en-us/catalog/engine-valvetrain/engine-valves.html
9. http://www.nextech.co.in
10. https://aviamech.blogspot.com/2013/02/piston-engine-valves.html

Другие изделия клапана

Больше из Насосы, клапаны и аксессуары

Двигатель — как открываются и закрываются клапаны

клапан что позволяет смешивать цилиндр впускной клапан; тот, через который отходят отработавшие газы, является выпускным клапаном.Они предназначены для открывания и закрывания в определенные моменты, чтобы позволить двигатель эффективно бежать на всех скоростях.

Управление работой осуществляется грушевидными кулачками, называемыми кулачками, на вращающемся валу, распредвал с приводом от цепи, ремня или набора шестерни из коленчатый вал .

Где распредвал установлен в Блок двигателя , маленькие металлические цилиндры толкатели сидят в каналах над каждым кулачком, а от толкателей металлический толкатель выходит в крышка цилиндра . Вершина каждого толкателя встречает коромысло который упирается в шток клапана, который удерживается в поднятом (закрытом) положении сильной спиральной пружиной, пружина клапана .

По мере того, как толкатель поднимается на кулачок, он поворачивает коромысло, которое толкает клапан вниз (открывает) против давление своей весны. Как кулачок вращается дальше, пружина клапана закрывает клапан. Это называется системой верхнего клапана (OHV).

Некоторые двигатели не иметь толкателей; Клапаны управляются более напрямую от одинарных или двойных распредвалов в самой головке блока цилиндров и в системе верхнего распредвала.

Поскольку между распределительным валом и клапаном меньше движущихся частей, метод верхнего кулачка (OHC) более эффективен и обеспечивает большую мощность для заданного объема двигателя, чем двигатель с толкателями, поскольку он может работать на более высоких скоростях.В любой системе должен быть некоторый свободный ход в приводном механизме, чтобы клапан мог полностью закрываться, когда детали расширяются из-за нагрева.

Толкатель с заданным зазором оформление имеет важное значение между шток клапана и коромысло или кулачок, чтобы учесть расширение. Зазоры толкателей сильно различаются на разных автомобилях, и неправильная регулировка может иметь серьезные последствия.

Если зазор слишком велик, клапаны открываются поздно и закрываются раньше, что снижает мощность и увеличивает шум двигателя.

Слишком маленький зазор препятствует правильному закрытию клапанов с последующей потерей сжатие .

Некоторые двигатели имеют саморегулирующиеся толкатели, которые гидравлически приводятся в действие давлением моторного масла.

Система верхних клапанов (OHV), управляемая толкателями, имеет коленчатый вал рядом и параллельно коленчатому валу в блоке цилиндров.

При вращении коленчатого вала каждый клапан открывается с помощью толкателя, толкателя и коромысла.Клапан закрывается давлением пружины.

Цепь приводная распределительного вала звездочка имеет вдвое больше зубцов, чем звездочка коленчатого вала, поэтому распределительный вал вращается с половинной скоростью вращения двигателя.

Двигатель с верхним распредвалом (OHC) требует меньшего количества деталей для управления клапанами. Кулачки действуют непосредственно на толкатели ковша или на короткие рычаги — известные как пальцы — которые, в свою очередь, действуют непосредственно на штоки клапана.

Система избавляется от лишнего веса и механической сложности толкателей и коромысел.

Длинная цепь часто используется для привода распределительного вала от звездочки на коленчатом валу, но такая длинная цепь имеет тенденцию «хлестать». В некоторых конструкциях проблема решается установкой промежуточных звездочек и двух более коротких приводных цепей, находящихся под натяжением.

Типы, работа, механизм клапана [объяснение]

В этой статье вы узнаете, что такое клапаны двигателя и как они работают в двигателе. Клапанный механизм и охлаждение клапана.

Клапаны двигателя и типы клапанов двигателя

Vale — это устройство для закрытия и открытия прохода.В двигателях автомобилей для каждого цилиндра используются два клапана двигателя — впускной (или впускной) клапан и выпускной клапан.

Впускной клапан

Топливо поступает в цилиндр через впускной клапан. В закрытом состоянии клапан плотно закрывает камеру сгорания. Клапаны обычно изготавливаются из аустенитной нержавеющей стали, которая является коррозионно-стойким и жаростойким материалом. Впускной клапан, подвергающийся меньшему нагреву, обычно изготавливается из хромоникелевой легированной стали.

Выпускной клапан

Сгоревшие газы выходят через выпускной клапан.Выпускной клапан обычно изготавливается из сильхромовой стали, которая представляет собой сплав кремния и хрома с необычной термостойкостью.

Клапаны, используемые в двигателях автомобилей, называются тарельчатыми или грибовидными клапанами. Головка клапана имеет точно отшлифованную поверхность с достаточным запасом, чтобы избежать тонкой кромки. Угловая поверхность отшлифована на головке клапана, образуя угол 45 ° или 30 °, соответствующий углу седла клапана в головке цилиндров. На конце штока клапана имеются стопорные канавки пружинного фиксатора.

Читайте также: Список деталей двигателя автомобиля: его функции (с изображениями)

Типы клапанов двигателя

Существует 3 различных типа клапанов двигателя , а именно:

• Тарельчатый клапан
• Рукавный клапан
• Поворотный клапан

1. Тарельчатый клапан

Он также известен как грибовидный клапан из-за своей формы. Он используется для контроля времени и количества потока газа в двигатель. Это наиболее широко используемый клапан в автомобильном двигателе.Тарельчатый клапан получил свое название из-за его движения вверх и вниз.

Состоит из головки и стержня. Поверхность клапана обычно под углом от 30 ° до 45 ° идеально отшлифована, так как она должна совпадать с седлом клапана для идеального уплотнения. Шток имеет канавку для фиксации пружинного фиксатора, а его конец находится в контакте с кулачком для движений клапана вверх и вниз. В выхлопе перепад давления помогает герметизировать клапан. Во впускных клапанах перепад давления помогает его открыть.

2. Гильзовой клапан

Гильзовой клапан, как следует из названия, представляет собой трубку или гильзу, вставленную между поршнем и стенкой цилиндра в цилиндре двигателя внутреннего сгорания, где он вращается / скользит.

Отверстия на стороне втулок совпадают с впускным и выпускным отверстиями цилиндра на соответствующих этапах цикла двигателя.

Внутренняя поверхность гильзы образует цилиндр внутреннего цилиндра, в котором скользит поршень. Гильза в непрерывном движении допускает и вытесняет газы за счет периодического совпадения прорези порта в гильзе с портами, образованными через отливку главного цилиндра.

Преимущества : Эти клапаны просты по конструкции и бесшумны в эксплуатации. Шум возникает из-за отсутствия деталей, создающих шум, таких как кулачки клапана, коромысло, толкатели, клапаны и т. Д. Клапан с гильзой имеет меньшую тенденцию к детонации. Охлаждение очень эффективное, поскольку клапан соприкасается с водяными рубашками.

3. Поворотный клапан

Существует много типов поворотных клапанов. На рисунке показан поворотный клапан дискового типа. Он состоит из вращающегося диска с отверстием.Во время вращения он поочередно сообщается с впускным и выпускным коллекторами.

Преимущества : Поворотные клапаны просты в конструкции и производятся с меньшими затратами. Они подходят для быстроходных двигателей. У этих клапанов меньше напряжений и вибраций. Роторные икры работают плавно, равномерно и бесшумно.

Типы клапанных механизмов двигателя

Клапаны приводятся в действие кулачками, установленными на распределительном валу. Распределительный вал получает движение от коленчатого вала.Когда распределительный вал поворачивается, кулачок управляет клапаном.

По расположению клапанов, клапанный механизм бывает двух типов:

1. Клапанный механизм для управления клапаном в блоке двигателя (прямой тарельчатый клапан).
2. Клапанный механизм для управления клапаном в головке блока цилиндров (верхний тарельчатый клапан).

Зазор между толкателем клапана

Небольшой зазор сохраняется между толкателем клапана и штоком клапана в случае прямого тарельчатого клапана и между коромыслом и штоком клапана в случае верхнего тарельчатого клапана клапан.Это известно как зазор толкателя клапана , и иногда как зазор клапана. Этот зазор допускает расширение штока клапана при нагревании двигателя.

Если не будет достаточного зазора, клапан не будет правильно сидеть, когда двигатель нагревается, что приведет к потере мощности и подъему клапана. Лучше иметь зазор больше, чем необходимо, чем слишком мало, несмотря на небольшое увеличение шума клапанного механизма.

Зазор клапана и толкателя зависит от следующих факторов:

1. Длина штока клапана
2. Материал клапана.
3. Температура, при которой работает двигатель.

Гидравлический подъемник клапана

Он работает очень тихо, поскольку обеспечивает нулевой зазор толкателя клапана. Он автоматически регулирует свою длину, чтобы компенсировать разницу в клапане. зазор толкателя. Кроме того, при нормальной эксплуатации обычно не требуется регулировка. Изменения, вызванные изменениями температуры и износом, устраняются гидравлически.

Корпус состоит из цилиндра и маслобака. Отверстие в корпусе соединено с напорной магистралью от системы смазки двигателя для подачи масла в резервуар.Плунжер входит в цилиндр так, что его верхний конец контактирует с нижней частью толкателя, а его нижний конец поддерживается маслом между ним и нижней частью цилиндра.

Когда клапан закрыт, как показано на (a) (кулачок на нижней стороне), масло из резервуара открывает шаровой обратный клапан и поднимает плунжер, проходя между ним и дном цилиндра. Это обеспечивает нулевой зазор между подъемным устройством и толкателем, а также между коромыслом и штоком клапана.

Когда кулачок поворачивается, чтобы поднять подъемник, как показано на (b) (кулачок вверху).Шаровой обратный клапан закрывается, чтобы предотвратить возврат масла в резервуар, и заставляет весь подъемный узел поднимать толкатель, чтобы открыть клапан. Поскольку подъемник начинается с нулевого зазора, шум сводится к минимуму.

Как показано в (b) во время операции подъема, некоторое количество масла может просочиться между плунжером и цилиндром, что вызывает опускание плунжера для создания зазора, если пружина не подняла его снова, когда давление на плунжер разгружается при закрытии клапана двигателя.При этом снова открывается шаровой обратный клапан, масло снова поступает под плунжер, и подъемник снова настраивается на нулевой зазор.

Эксцентриковое коромысло

Эксцентриковое коромысло автоматически компенсирует разницу в зазоре между клапаном и толкателем. Он состоит из обычного коромысла, модифицированного для удержания эксцентрика с помощью паза и штифта.

Плунжер и пружина управляют поршнем эксцентрика. Плунжер приводится в действие пружиной и давлением масла из отверстия в коромысле.

Когда клапан двигателя закрыт (кулачок на стороне низкого давления), эксцентрик под действием пружины и плунжера перемещается, чтобы компенсировать любой зазор в клапане, приводящем в действие механизм. Когда кулачок вращается, чтобы открыть клапан, плунжер и пружина поглощают любой удар, вызванный этим движением. Когда кулачок находится вверху, клапан полностью открыт.

Охлаждение клапана

Очевидно, что выпускной клапан нагревается сильнее, чем впускной клапан, потому что выпускной клапан всегда находится в контакте с горячими газами, в то время как впускной клапан в некоторой степени охлаждается поступающим свежим зарядом.Выпускной клапан может действительно нагреться докрасна за короткий период работы. Поверхность клапана самая горячая, а шток клапана — самая холодная часть клапана.

Шток клапана передает тепло направляющей клапана, а поверхность клапана передает тепло седлу клапана, что помогает поддерживать клапан в холодном состоянии. Для обеспечения надлежащего охлаждения головка блока цилиндров должна быть спроектирована так, чтобы обеспечить хорошую циркуляцию воды вокруг критических участков клапана.

Если поверхность клапана правильно сидит на седле клапана и полностью закрывает камеру сгорания, не будет потери сжатия и мощности.Несмотря на это, правильная посадка клапана также обеспечивает полный контакт с седлом клапана, через который может происходить больший теплообмен. Неравномерный контакт может вызвать нагрев клапана на несколько сотен градусов выше обычного, что сократит срок его службы.

Клапан с натриевым охлаждением

Во многих тяжелых двигателях используются клапаны с натриевым охлаждением. Клапан с натриевым охлаждением имеет полый шток, который частично заполнен металлическим натрием. Натрий плавится при 97’5 ° C. Таким образом, при рабочих температурах натрий находится в жидком состоянии.Когда двигатель работает, клапан перемещается вверх и вниз, натрий выбрасывается вверх в более горячую часть клапана.

Он поглощает тепло, которое затем передается штоку охладителя, когда оно снова падает в шток. Это действие сохраняет головку клапана в холодном состоянии. Клапан с натриевым охлаждением работает на 100 ° C холоднее, чем клапан со сплошным штоком аналогичной конструкции при тех же условиях эксплуатации. Это означает, что клапан с натриевым охлаждением имеет более длительный срок службы. Но его использование требует большей осторожности.

Если полый шток клапана с натриевым охлаждением треснут или сломан, это потенциально опасно.Натрий воспламеняется при контакте с водой. Это вызывает глубокий и серьезный ожог кожи. Пока натрий безопасно находится в штоке клапана, опасности нет.

---

Вот и все, спасибо за прочтение. Если у вас есть вопросы или сомнения по поводу «Клапаны двигателя », сообщите нам в комментариях. Поделитесь этой статьей, если она того стоит.

Читать далее:

Valvetrain: определение, принцип работы, детали, функции

Клапанный механизм или клапанный механизм является частью двигателя внутреннего сгорания, который управляет работой впускных и выпускных клапанов.Имеется впускной клапан , который позволяет топливовоздушной смеси участвовать в сгорании. Выпускной клапан позволяет выхлопным газам выходить из камеры сгорания после завершения процесса.

Читайте: Компоненты автомобильного двигателя

Сегодня мы рассмотрим определение, компоновку, функции, работу и компоненты клапанного механизма в двигателе внутреннего сгорания.

Определение клапана

Клапанный механизм — это компонент, который предназначен для открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов, чтобы воздушно-топливная смесь могла входить и выходить из камеры сгорания в виде газов.

В настоящее время двигатели конструируются с узлами верхнего распредвала, которые известны как верхний распределительный вал. Он расположен в верхней части двигателя.

В отличие от тех, которые размещают распределительный вал ниже в двигателе и используют толкатели для перемещения клапанных узлов. Такая компоновка клапанного механизма называется «Кулачок в блоке».

В некоторых схемах клапанного механизма распредвал не используется. Он использует такие технологии, как соленоиды, для управления отдельными клапанами. он известен как Camless.

Прочтите Все, что вам нужно знать об автомобильных поршнях

Функции и принцип работы клапанного механизма

Основные функции клапанного механизма — управление открытием и закрытием клапанов.клапанный механизм также регулирует поток воздуха и топлива, которые поступают в камеру сгорания и уходят в виде выхлопных газов.

В работе клапанного механизма распределительный вал играет очень важную роль, поскольку его вращательное движение помогает открывать и закрывать клапаны с помощью кулачков. Хотя есть различные детали, которые помогают работе клапанного механизма.

В большинстве дизельных двигателей большой мощности используется четыре клапана, то есть по четыре клапана в каждом цилиндре. Два клапана для всасываемого воздуха / топлива и два для выхлопных газов.Впускные клапаны имеют больший диаметр, чем выпускные клапаны, что позволяет большему потоку воздуха поступать в цилиндр.

Выпускные клапаны спроектированы так, чтобы выдерживать более высокие температуры горячих отработавших газов, чем впускные клапаны. Это связано с тем, что свежий воздух, проходящий через впускные клапаны, поддерживает более низкую температуру.

Чтобы не повредить клапаны, то есть избежать возгорания, впускной и выпускной клапаны передают тепло головке блока цилиндров, иначе они сгорят.

В середине клапана находится форсунка, которая нажимается для впрыска топлива в цилиндр.Что ж, время открытия и закрытия клапана невероятно точное, что обеспечивает его эффективную работу.

В более новых двигателях электрические сигналы используются для подачи сигнала на форсунку вместо механического клапана. Этот процесс еще более точен.

Видео ниже объясняет работу клапана tr ain:

Прочтите: Как работает автомобильный двигатель

Компоненты клапанного механизма

Ниже представлены различные компоненты, которые помогают работе клапанного механизма:

Распредвал:

Функция распределительного вала заключается в управлении синхронизацией и повышении профиля открытия клапана.Это достигается за счет выступа кулачка на вращающемся валу.

Распределительный вал приводится в движение коленчатым валом и вращается с половинной скоростью коленчатого вала в случае четырехтактного двигателя.

Коленчатый вал передает движение на распределительный вал с помощью металлической цепи привода ГРМ или чаще всего резинового ремня привода ГРМ. Также можно использовать набор шестерен.

Толкатель:

Толкатель — это длинный тонкий металлический стержень, который используется в двигателях с верхним расположением клапанов. Он также используется для передачи движения от распределительного вала в блоке цилиндров к клапанам в головке блока цилиндров.

На нижнем конце толкателя есть подъемник, который входит в контакт с распределительным валом. Лепесток распредвалов перемещает подъемник вверх, который перемещает толкатель. Верхний конец подъемника толкает коромысло, открывая клапан.

Коромысло / толкатель ковша:

Конструкция двигателя определяет, каким образом клапан будет приводиться в действие коромыслом, пальцем или толкателем ковша. В двигателях с верхним распредвалом используются кулачковые кулачки или пальцы, с которыми соприкасаются кулачки.

Коромысла используются в двигателях с верхним расположением клапанов, которые приводятся в действие толкателем и шарниром на валу. Его также можно поворачивать на отдельных шаровых шпильках, которые помогают приводить в действие клапаны.

Клапаны:

Клапан, используемый в большинстве современных двигателей, называется тарельчатым клапаном. Иногда также рассматриваются некоторые клапаны, такие как рукавный клапан, золотниковые и поворотные клапаны.

Обычно тарельчатые клапаны открываются кулачком распределительного вала или коромыслом. Он закрывается спиральной пружиной, называемой пружиной клапана.

Ниже представлена ​​схема клапанного механизма:

Чтение: понимание работы маховика

Вот и все для статьи «Автомобильный клапанный механизм». Я надеюсь, что знания достигнуты, если да, любезно комментируйте, поделитесь и порекомендуйте этот сайт другим техническим студентам. Спасибо!

Клапаны и порты в четырехтактных двигателях

Клапаны и порты в четырехтактных двигателях

Ханну Яэскеляйнен, Магди К. Хаир

Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием.Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
Пожалуйста, войдите в систему , чтобы просмотреть полную версию этого документа.

Abstract : Компоненты, расположенные после впускного коллектора в четырехтактных дизельных двигателях, выполняют важные функции в управлении подачей воздуха в цилиндр. Тарельчатые клапаны регулируют синхронизацию потока в цилиндр и из него. Конструкция впускного канала влияет на пропускную способность двигателя, а также на объемное движение воздуха, поступающего в цилиндр.

Клапаны

По мере того, как воздушный поток проходит через различные компоненты и ступени впускной системы, различные свойства и характеристики всасываемого заряда были изменены для достижения общих целей системы управления всасываемым зарядом. Фильтр всасываемого воздуха обеспечивает надлежащую чистоту воздуха, состав наддувочного воздуха и содержание кислорода регулируются путем подачи рециркуляции отработавших газов во всасываемый воздух, а компрессор и охладитель наддувочного воздуха обеспечивают достижение целевых значений давления и температуры во впускном коллекторе и плотность всасываемого заряда. в проектных пределах.Несколько заключительных аспектов управления воздухом достигаются после того, как всасываемый заряд выходит из впускного коллектора и попадает в цилиндр. Клапаны или порты контролируют время подачи воздуха в цилиндр. Кроме того, канал между впускным коллектором и цилиндром может иметь значительное влияние на поток, когда он входит в цилиндр, и может использоваться для передачи подходящего объемного движения и кинетической энергии заряду для поддержки смешивания воздуха, топлива и промежуточного сгорания. продукты в цилиндре.

В четырехтактных двигателях всасываемый газ поступает в цилиндр через порт, расположенный в головке цилиндра, и мимо клапана, используемого для открытия и закрытия порта.В двухтактных двигателях, обсуждаемых в другом месте, обычно используются отверстия в гильзе цилиндра, которые попеременно закрываются и не закрываются поршнем.

Рисунок 1 . Номенклатура цельного тарельчатого клапана

Поток газа в цилиндр и из цилиндра в 4-тактных двигателях контролируется почти исключительно тарельчатыми клапанами (рис. 1). Хотя использовались или предлагались другие конструкции клапана, кажется, что ни одна из них не может сравниться по надежности и герметичности с тарельчатым клапаном.Наиболее распространенной конструкцией тарельчатого клапана в автомобильной промышленности является цельный клапан, в котором весь клапан изготовлен из одного и того же материала. Однако доступны и другие варианты, в том числе:

• Конструкция приварного наконечника имеет отдельный наконечник, приваренный к штоку над канавкой. Наконечник может быть изготовлен из материала, который намного более износостойкий, чем остальная часть клапана.
• Конструкция, состоящая из двух частей, имеет отдельный шток, приваренный над галтелем, рис. 2 слева.
• Конструкция с внутренним охлаждением имеет полый шток, содержащий охлаждающую жидкость, такую ​​как металлический натрий или натрий-калиевая смесь, и обычно используется в высокопроизводительных выхлопных клапанах в экстремальных условиях, рис. 2 в центре.Пики температур клапана уменьшаются за счет «вибрирующего эффекта» расплавленного металла, и эти конструкции могут особенно хорошо выдерживать термические нагрузки. Температуру в полой шейке можно снизить примерно на 80–130 К, что снижает общий износ клапана и вкладыша седла клапана.
• Некоторые конструкции также имеют полую полость в головке клапана, содержащую металлический натрий, рис. 2, справа. Это продолжение классического полого клапана, заполненного натрием, с дополнительной полостью в головке клапана.Это может привести к дополнительным скачкам температуры в головке клапана и еще больше увеличить срок службы клапана.
• Сварная конструкция поверхности седла имеет седло клапана, сваренное с твердым покрытием, чтобы лучше выдерживать условия, которые в противном случае привели бы к экстремальному износу седла клапана и / или коррозии.

Рисунок 2 . Примеры конструкций тарельчатого клапана

Слева: Двухкомпонентный клапан со сплошным штоком. Центр: Клапан с полым штоком.
Справа: Клапан с полым штоком с дополнительной полостью на головке клапана.

(Источник: Mahle)

В дополнение к различным стилям конструкции клапаны могут иметь различные усовершенствования конструкции для повышения их долговечности. Деформационное упрочнение поверхности седла может использоваться для умеренного увеличения износостойкости седла в тех случаях, когда сварная конструкция поверхности седла не требуется. Обработка поверхности стержня может использоваться для уменьшения трения и / или износа, особенно если в противном случае может возникнуть адгезионный износ. Алюминирование поверхности седла клапана, а иногда и поверхности сгорания для улучшения коррозионной стойкости в среде оксида свинца, когда-то было популярным для двигателей, работающих на этилированном бензине.Крышки наконечников, установленные на конце штока клапана, могут использоваться для повышения износостойкости наконечников, когда сварка разнородных металлов является проблемой.

###

Как работает 4-тактный двигатель

Чтобы привести ваше оборудование в действие, двигатель с верхним расположением клапана выполняет повторяющийся четырехэтапный процесс, описанный ниже.

Элемент, обеспечивающий работу двигателей внутреннего сгорания

• Воздух
• Топливо
• Сжатие
• Искра

Шаг 1: Ход всасывания

Воздух и топливо попадают в небольшой двигатель через карбюратор.Работа карбюратора состоит в том, чтобы подавать смесь воздуха и топлива, которая обеспечивает правильное сгорание. Во время такта впуска открывается впускной клапан между карбюратором и камерой сгорания. Это позволяет атмосферному давлению нагнетать топливовоздушную смесь в канал цилиндра, когда поршень движется вниз.

>> Проблемы с производительностью? Узнайте, как устранить неполадки при ремонте карбюратора и очистить / обслужить карбюраторы двигателя малого объема.

Шаг 2: Ход сжатия

Сразу после того, как поршень переместится в нижнюю точку своего хода (нижняя мертвая точка), в отверстии цилиндра находится максимально возможная воздушно-топливная смесь.Впускной клапан закрывается, и поршень возвращается обратно в отверстие цилиндра. Это называется тактом сжатия процесса 4-тактного двигателя. Топливно-воздушная смесь сжимается между поршнем и головкой блока цилиндров.

Шаг 3: Рабочий ход

Когда поршень достигает вершины своего хода (верхней мертвой точки), он будет в оптимальной точке для воспламенения топлива и получения максимальной мощности для вашего внешнего силового оборудования. В катушке зажигания создается очень высокое напряжение.Свеча зажигания обеспечивает сброс этого высокого напряжения в камеру сгорания. Тепло, создаваемое искрой, воспламеняет газы, создавая быстро расширяющиеся перегретые газы, которые заставляют поршень возвращаться в отверстие цилиндра. Это называется с рабочим ходом .

Шаг 4: ход выхлопа

Когда поршень снова достигает нижней мертвой точки, выпускной клапан открывается. По мере того, как поршень движется обратно по каналу цилиндра, он выталкивает отработавшие газы сгорания через выпускной клапан и из систем выпуска.Когда поршень возвращается в верхнюю мертвую точку, выпускной клапан закрывается, а впускной клапан открывается, и процесс 4-тактного двигателя повторяется.

Когда-либо повторение цикла требует двух полных оборотов коленчатого вала, в то время как двигатель создает мощность только во время одного из четырех тактов. Чтобы машина продолжала работать, ей нужен маховик небольшого двигателя. Рабочий ход создает импульс, который толкает маховик за счет инерции, удерживая его и коленчатый вал во время тактов выпуска, впуска и сжатия.

Впускной клапан

— обзор

3.3.10.3 О потоке через впускной клапан

Знание динамики газа на впускном клапане пригодится инженеру-доработчику. Неконсервативная форма уравнения сохранения импульса для жидкости в трех измерениях (Hirsch, 1988)

(3.17) ρdu¯dt = -∇pI¯¯ + ∇¯⋅τ¯¯ + ρf¯e

где

gradp = ∇p = ∂p∂xi¯ + ∂p∂yj¯ + ∂p∂zk¯

i¯, j¯, k¯ — единичные векторы

I¯¯ — единица тензор

τ¯¯ — тензор вязкого напряжения сдвига

f¯e — вектор внешней силы

p — давление

ρ — плотность

— вектор скорости

Полный инерционный член в левой части уравнения (3.17) можно переписать как сумму линейных, кинетических и вращательных сил

(3.18) ρdu¯dt = ρ [∂u¯∂t + ∇¯ (u22) — (u¯ × ξ¯)]

где ξ¯ известен как вектор завихренности.

Упрощая анализ для рассмотрения только одного измерения x и пренебрегая эффектами вязкости, внешними силами и завихренностью, уравнение (3.17) сводится к известному нелинейному невязкому уравнению Эйлера (см. Приложение 4G для вывода)

(3.19 ) ∂u∂t + ∂∂x (u22) = — 1ρ∂p∂x

Из второго закона термодинамики (например, Zemansky and Dittman (1997)):

(3.20) Tds = dh-vdp

или

(3,21) Tdsdx = dhdx-vdpdx

, где T — температура, с — удельная энтропия, ч — удельная энтальпия и υ — удельный объем . Это можно переписать как

(3.22) Tdsdx = dhdx-1ρdpdx

Подставляя уравнение (3.22) в уравнение (3.19), получаем

(3.23) ∂u∂t + ∂∂x (u22) = Tds-dh

Теперь полная (или застойная) энтальпия H дается как

(3.24) H = h + u22

и подставив дифференциал уравнения (3.24) в уравнение (3.23)

(3.25) ∂u∂t = Tds-dH

Теперь для предположения гоментропного потока уравнение (3.25) уменьшается до

(3.26) ∂u∂t + dH = 0

Теперь вдоль линии тока энтальпия торможения постоянна, поэтому

(3.27) ∂u∂t + H = H0 = constant

Скалярная потенциальная функция ϕ можно объявить так, чтобы

(3,28) u = ¯ϕ

(3,29) u = ∂ϕ∂xina1-Dmodel

, и тем самым создать так называемую модель потенциального потока, задаваемую

(3.30) ∂ϕ∂t + H = H0 = константа

Для идеального газа, где a — это скорость звука (мс ^-1 ), а γ — отношение удельной теплоемкости c _p / c _v

(3.31) h = a2γ-1

и, таким образом, используя уравнение (3.24), уравнение (3.30) может быть записано для потока вдоль линии тока (или линии Фанно) как

(3.32) ∂ϕ∂t + a2γ-1 + u22 = a02γ-1

Теперь, как

(3.33) ∂ϕ∂t = ∂2u∂x∂t

, большинство рабочих пропускают этот термин, так что 1-D, не консервативно в вязком безвихревом уравнении гоментропного импульса вдоль линии тока (!) становится

(3.34) a02 = a2 + γ-12u2

Бенсон (1982) классно называет это уравнением энергии (хотя это, вероятно, неправильное название).

Из вывода уравнения (3.34) может быть построена простая и очень известная модель потока впускного клапана, которая предполагает поток из большого резервуара (представляющего коллектор) в один из цилиндров через единственное отверстие пренебрежимо малой длины. Впервые это было получено Цу (1947). В цилиндре приняты условия застоя (индекс 0,1 означает нулевую скорость потока в зоне 1).

Для притока в цилиндр через впускной клапан предполагается, что впускной коллектор составляет достаточно большой объем для возникновения условий постоянного давления, а условия в коллекторе обозначены индексом «2». Для оттока (обратный поток через впускной клапан) индексы меняются местами.

Из принципа непрерывности массы, предполагая квазистационарный поток, можно записать, что:

(3,35) m˙ = ρ2u2Am

, где

m˙ = массовый расход (кг · с ⁻¹ )

A _м = открытое проходное сечение клапана (приведено в Приложении 3A в конце этой главы после [Heywood 1988])

Следующие изэнтропические зависимости применимы для идеального газа

(3.36) ρ2 = ρ1 (p2p1) 1 / γ

(3.37) T2 = T1 (p2p1) γ-1 / γ

Теперь также для идеального газа, где R — удельная газовая постоянная

(3.38) p = ρRT

и

(3.39) a = γRT

, поэтому

(3.40) p = γPa2

Подставляя уравнение (3.40) в уравнение (3.36) и, таким образом, предполагая изэнтропическое расширение газа при его поступлении в цилиндр

(3.41) ρ2 = γp01a012 (p2p01) 1 / γ

Перепишите уравнение (3.34) с соответствующими индексами

(3.42) a012 = a22 + γ-12u22

Перекомпоновка уравнения (3.42)

(3.43) u22 = (a012-a22) 2γ-1

Подстановка уравнения (3.39) в уравнение (3.37) дает с соответствующими индексы,

(3,44) T2 = a012γR (p2p01) γ-1 / γ

Использование уравнения (3.39) еще раз для замены T ₂ дает

(3,45) a22 = a012 (p2p01) γ- 1 / γ

Подставляя уравнение (3.45) в уравнение (3.43)

(3.46) u22 = (a012-a012 (p2p01) γ-1 / γ) 2γ-1u22 = 2a012γ-1 (1- (p2p01) γ- 1 / γ)

Теперь подставляя оба уравнения (3.46) и уравнение (3.41) в (3.35) дает

(3.47) m˙ = γp01a012 (p2p01) 1 / γ [2a012γ-1] 1/2 [1- (p2p01) γ-1 / γ] 1 / 2Amm ˙ = p01Ama01 [(2γ2γ-1) (p2p01) 2 / γ [1- (p2p01) γ-1 / γ]] 1/2

Уравнение (3.47) представляет массовый расход как функцию площади открытого клапана и степенью давления на клапане для дозвукового потока через отверстие (клапан). Однако уравнение (3.47) будет иметь тенденцию предсказывать гораздо более высокие скорости потока, чем те, которые встречаются в реальных двигателях, из-за большого количества упрощающих предположений, которые использовались при его выводе.Один из способов исправить этот эффект — ввести коэффициент расхода c _d , где

(3,48) cd = AeAr

и A _e — эффективная площадь, а A _r — некоторое подходящее справочная область. Эффективная площадь (Annand and Roe, 1974) — это выходная площадь воображаемого сопла без трения, которое пропускало бы требуемый поток при отборе из большого резервуара постоянного давления и выпуске в другой резервуар. Контрольной площадью может быть площадь поперечного сечения любой подходящей части реального пути потока, например, площадь завесы под открытым клапаном.

Измеренные коэффициенты расхода можно использовать для расчета эффективной площади для данной контрольной площади, и, следовательно, уравнение (3.47) принимает вид

(3,49) m˙ = p01Aea01 [(2γ2γ-1) (p2p01) 2 / γ [1- (p2p01) γ-1 / γ]] 1/2

Наиболее известные коэффициенты расхода для притока через впускной клапан приведены в Annand and Roe (1974) для эталонной площади, равной площади завесы под открытым клапаном.

(3,50) Ar = πDLv

, где D — диаметр головки клапана, а L _v — высота подъема клапана.Эти коэффициенты расхода представлены на Рисунке 3.7

Рисунок 3.7. Коэффициенты расхода по отношению к контрольной площади, определяемые уравнением (3.50) для случая притока через впускной клапан (Annand and Roe, 1974).

При малых подъемах клапана поток, проходящий через клапан, остается прикрепленным как к головке клапана, так и к седлу клапана. При подъеме промежуточного клапана поток разделяется с одной стороны, но не с другой, вызывая внезапное падение коэффициента расхода, которое впоследствии восстанавливается при дальнейшем подъеме клапана.При больших подъемах клапана поток отрывается с обеих сторон и образуется так называемая свободная струя.

Коэффициенты расхода для выхода через впускной клапан (обратный поток), как правило, выше (от 0,7 до л _v / D = 0,2, затем падают до 0,5 при л _v / D = 0,4).

Коэффициенты потерь потока (а не коэффициенты расхода) обычно используются при коммерческом моделировании двигателей (AVL, 2000). Они определяются как отношение между фактическим массовым расходом и изоэнтропическим массовым расходом без потерь для одного и того же давления торможения и того же отношения давлений (AVL, 2000).Разница между коэффициентом расхода и коэффициентом потерь потока важна. Коэффициент расхода применяется к потоку между стоячими резервуарами, проходящему через сопло без трения. Коэффициент потерь потока применяется к постоянному или пульсирующему потоку через головку блока цилиндров.

Коэффициенты потерь потока (например, показанные на рисунках 3.8 и 3.9) часто измеряются с использованием установившегося потока на стенде (Blair and Drouin, 1996). Иногда они измеряются с использованием импульсного потока (например, Фукутани и Ватанабе (1982)), чтобы повысить реалистичность модели, представленной уравнением (3.49).

Рисунок 3.8. Коэффициент потерь потока во впускном отверстии (AVL, 2000).

Рисунок 3.9. Коэффициент потерь потока через выпускной порт (AVL, 2000).

Пример впускного отверстия показан на рисунке 3.8, а пример выпускного отверстия — на рисунке 3.9.

Для коэффициентов потерь потока, показанных на рисунках 3.8 и 3.9

(3.51) Ae = коэффициент × dvi2 × π4

, где d _vi — внутренний диаметр седла клапана (справочный диаметр соответствует D на рисунках. 3.8 и 3.9).

Уравнение (3.49) сводится к

(3.52) m˙ = Aeγp01a01 (2γ + 1) γ + 1/2 (γ-1)

для звукового потока через отверстие (клапан), который также известен как поток с заслонкой поскольку это представляет собой максимальную скорость массопереноса, возможную через одно отверстие пренебрежимо малой длины. Обратите внимание, что это больше не функция степени давления на клапане, а исключительно функция условий в коллекторе и эффективной открытой площади клапана. Звуковое состояние достигается, когда

(3.53) p01p2≤ (2γ + 1) γ / γ-1

, что соответствует степени сжатия около 0,53.